miércoles, 12 de octubre de 2016
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Colegio Teresiano San Enrique de Ossó
Trabajo de Ciencias
Fuerza Interacción Fuerte
III Trimestre
Blog
Profesora: Yessenia Bonilla Vega
Estudiante:Mónica Arnáez Bottazzi
Décimo año
Fuerzas en el Núcleo atómico y Quarks
Fuerzas en el núcleo
atómico:
Antes de 1970 se suponía que el protón y el neutrón eran partículas fundamentales. Entonces la expresión fuerza fuerte o fuerza
nuclear fuerte se refería a lo que hoy en día se denomina fuerza nuclear o fuerza fuerte
residual. Esa fuerza fuerte residual es la responsable de la cohesión del núcleo y hoy en día se interpreta
como el campo de fuerza asociados a piones emitidos por protones, neutrones y demás hadrones . De acuerdo con la cromodinámica
cuántica, la existencia de ese campo de piones que mantiene unido el
núcleo atómico es sólo un efecto residual de la verdadera fuerza fuerte que
actúa sobre los componentes internos de los hadrones, los quarks. Las fuerzas
que mantienen unidos los quarks son mucho más fuertes que las que mantienen
unidos a neutrones y protones. De hecho las fuerzas entre quarks son debidas a
los gluones y son tan fuertes que producen el llamado confinamiento del color que imposibilita observar quarks desnudos a
temperaturas ordinarias, mientras que en núcleos pesados sí es posible separar
algunos protones o neutrones por fisión nuclear o bombardeo con partículas
rápidas del núcleo atómico.
Históricamente la fuerza nuclear
fuerte se forma para compensar las fuerzas electromagnéticas repulsivas que existían en el interior del núcleo al descubrir que este estaba
compuesto por protones de carga positiva y neutrones de carga nula. También que
su alcance no podía ser mayor que el propio radio del núcleo para que otros
núcleos cercanos no la sintieran, ya que si tuviera un alcance mayor todos los
núcleos del universo se habrían colapsado para formar un gran conglomerado de
masa nuclear. Por esa razón se la denominó en aquel entonces fuerza fuerte. El modelo de Yukawa (1935) explicaba satisfactoriamente muchos
aspectos de la fuerza nuclear fuerte o fuerza fuerte residual.
¿Qué
son Quarks?
Son los fermiones masivos que interactúan fuertemente formando
la materia nuclear. Junto con los leptones, son los
constituyentes fundamentales de la materia. Varios se
combinan de manera específica para formar partículas subatómicas tales
como protones y neutrones.
Los quarks son las únicas partículas
fundamentales que interactúan con las cuatro fuerzas
fundamentales. Son partículas de espín 1/2, por lo que son fermiones.
Forman junto a los leptones, la materia visible.
Modelo de Quarks y Fuerzas
Modelo de Quarks: es un esquema de clasificación de hadrones en términos de sus quarks de valencia, dan lugar a números cuánticos de hadrones. Estos números cuánticos son las etiquetas de identificación de los hadrones y son de dos tipos. Vienen de la simetría de Poincaré y el resto son números cuánticos de sabor como el isospín, I. Cuando tres sabores de quarks son tomados en cuenta, el modelo quark es también conocido como las ocho maneras, después el octeto de mesones de la figura.Un modelo postulado para explicar la existencia de toda la gran variedad de bariones y mesones fue el modelo de quarks de 1963. Este modelo postulaba que los hadrones y mesones encontrados eran de hecho combinaciones de quarks más elementales. Posteriormente experimentos a más altas energías mostraron que los propios bariones no parecían ser elementales y parecían constituidos de partes que se mantenían unidas entre sí por algún tipo de interacción mal comprendido. Esos descubrimientos finalmente pudieron ser interpretados de manera natural en términos de quarks.
La aceptación de los quarks
como constituyentes de los hadrones permitió reducir la variedad contenida en
el zoológico de partículas a un número de constituyentes elementales mucho más
reducido, pero abrió
el problema de cómo esos constituyentes más elementales se unían entre sí para
formar neutrones, protones y otros hadrones. Dado que esa fuerza tenía que ser
muy intensa y empezó a usarse el término "fuerza fuerte" o
"interacción fuerte" en lugar de "fuerza nuclear fuerte" ya
que la interacción fuerte aparecía en contextos diferentes del núcleo atómico.
Los intentos teóricos por comprender las interacciones entre quarks condujeron
a la cromodinámica cuántica una teoría para de la fuerza fuerte que describe la
interacción de los quarks con un campo de gluones, que es lo que forma realmente los protones y
neutrones (que definitivamente dejaron de ser considerados como partículas
elementales). Durante
Algún tiempo
después se denominó fuerza fuerte residual a la que anteriormente
se había llamado fuerza fuerte,
llamando a la nueva interacción fuerte fuerza de color.
Fuerzas de Interacción
Fuerte
Nota: Los
protones poseen carga positiva.Cuando
hay cargas del mismo signo se repelen mutuamente. Fuerza nuclear fuerte, pagina web (s.f) “Si sólo existiera
la fuerza electromagnética, los protones se dispersarían y el núcleo no
podría existir.” http://astrojem.com/teorias/fuerzanuclearfuerte.html
¿Qué es?
La fuerza
nuclear fuerte o bien Fuerza de interacción Fuerte es la encargada de mantener unidos
a los protones en el núcleo, sin importar la fuerza de repulsión eléctrica. La fuerza nuclear es muchísimo más intensa que la fuerza electromagnética y gracias a ella los nucleones ,es
decir, protones y neutrones permanecen unidos.
La interacción fuerte y Cromodinámica cuántica
La interacción fuerte, también conocida como interacción nuclear fuerte, es la interacción que permite unirse a los quarks para formar hadrones. La interacción electromagnética se da entre partículas cargadas eléctricamente, aquí las partículas también tienen la carga de color. Aunque posee fuerte intensidad, sólo se da a distancias muy cortas del orden del radio atómico. Según el modelo estándar, la partícula mediadora es el gluón.
Hay una teoría que
describe esta interacción y es= La
teoría Cromodinamica Cuántica propuesta por David Gross, Frank Wilczek y David Politzer, durante 1980s.
Como resultado colateral de la
interacción entre quarks, existe una manifestación de la fuerza nuclear fuerte,
actuando dentro del núcleo
atómico entre
los protones y neutrones; Debido a la carga positiva de los
protones, para que éstos se encuentren estables en el núcleo debía existir una
fuerza más fuerte que la electromagnética para retenerlos.
Ahora sabemos que la verdadera causa de que los protones y neutrones no se
desestabilicen es la llamada interacción fuerte residual.6 Esta interacción entre nucleones(protones y neutrones) se produce a
través de parejas de quark-antiquark en forma de piones.
Antes de la cromodinámica cuántica
se consideraba que esta fuerza residual que mantenía unidos los protones del
núcleo era la esencia de la interacción nuclear fuerte, aunque hoy en día se
asume que la fuerza que une los protones es un efecto secundario de la fuerza
de color entre quarks, por lo que las interacciones entre quarks se consideran
un reflejo más fundamental de la fuerza fuerte.
La fuerza nuclear fuerte entre nucleones se realiza mediante piones,
que son bosones másicos, y por esa razón esta fuerza tiene tan corto alcance.
Cada neutrón o protón puede "emitir" y "absorber" piones
cargados o neutros, la emisión de piones cargados comporta la transmutación de
un protón en neutrón o viceversa (de hecho en términos de quarks esta
interacción se debe a la creación de un par quark-antiquark, el pión cargado no
será más que un estado ligado de uno de los quarks originales y más un quark o
antiquark de los que se acaban de crear). La emisión o absorción de piones
cargados responden a alguna de las dos interacciones siguientes:
En la primera reacción anterior un
protón emite inicialmente un pión positivo convirtiéndose en un neutrón, el pión
positivo es reabsorbido por un neutrón convirtiéndose en un protón, el efecto
neto de ese intercambio es una fuerza atractiva. En la segunda, un neutrón
emite un pión negativo y se convierte en un protón, el pión negativo al ser
reabsorbido por otro protón da lugar a un neutrón.
La cromodinámica
cuántica: es una teoría que describe la interacción entre quarks y gluones. Los quarks desempeñan un papel análogo a los
electrones y neutrinos del modelo electro débil, los gluones son los bosones de gauge de la teoría, y
desempeñan un papel análogo a los fotones en la QED.
Según esta teoría, el carácter de la
interacción fuerte está determinado por una simetría especial entre las cargas de color de los quarks. Se conoce a esta simetría como el grupo de
gauge y los quarks se transforman bajo este grupo como tripletes de campos fermiónicos de Dirac. Aunque las expansiones per turbativas eran importantes para el
desarrollo de la QCD, esta también predice muchos efectos no per turbativos
tales como confinamiento, condensados fermiónicos e instantones.
Conclusiones
Conclusiones:
En este trabajo se aprendió que La fuerza nuclear fuerte es la encargada de
mantener unidos a los protones en
el núcleo, sin importar la fuerza de
repulsión eléctrica.
También se
mostró que los Quarks son partículas de espín 1/2, por lo que son fermiones.
Forman junto a los leptones, la materia visible.
En pocas palabras se dijo que el Modelo Quarks es básicamente un esquema de
clasificación de hadrones en términos de sus quarks de valencia, dan lugar a números
cuánticos de hadrones.
Lgo muy importante es que al
aceptar los quarks como constituyentes
de los hadrones permitió reducir la variedad contenida en el zoológico de
partículas a un número de constituyentes elementales mucho más reducido, pero
abrió el problema de cómo esos constituyentes más elementales se unían entre sí
Se habló
sobre la teoría de La cromodinámica cuántica la que describe esta fuerza y que
que consiste en una teoría que describe la interacción entre quarks y gluones. Los quarks desempeñan un papel análogo a los
electrones y neutrinos del modelo electro débil.
Biografía
Bibliografía
https://es.wikipedia.org/wiki/Cromodin%C3%A1mica_cu%C3%A1ntica
https://es.wikipedia.org/wiki/Interacci%C3%B3n_nuclear_fuerte
http://astrojem.com/teorias/fuerzanuclearfuerte.html
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